Perché il nucleo interno della Terra è solido anche se è più caldo della superficie del Sole?

Nel cuore del nostro pianeta si cela un mistero geologico che ha affascinato scienziati e ricercatori per decenni: come può il nucleo interno della Terra essere solido, nonostante le temperature estremamente elevate che lo caratterizzano, superiori anche a quelle della superficie del Sole? Per rispondere a questa domanda, dobbiamo scendere nelle profondità della Terra, esplorando il nucleo terrestre e le condizioni che permettono la sua solidificazione, nonostante il calore intenso che lo attraversa.

La composizione e le condizioni del nucleo interno

Il nucleo interno della Terra è un’enorme palla metallica, di circa 2.400 chilometri di diametro, che si trova a circa 5.000 chilometri sotto la superficie. Sebbene non possiamo prelevare campioni diretti di questo strato profondo, gli scienziati sono riusciti a ricavare informazioni cruciali sulla sua composizione e le sue caratteristiche fisiche analizzando il comportamento delle onde sismiche che attraversano la Terra. Questi studi hanno rivelato che la composizione del nucleo è prevalentemente a base di ferro, con una quantità significativa di nichel e altri elementi.

Le temperature che si registrano sulla superficie del nucleo interno sono straordinarie: si aggirano tra i 5.700 e i 6.200 Kelvin (circa 9.800-10.754 gradi Fahrenheit), valori che, per coincidenza, sono simili a quelli registrati sulla superficie del Sole, ma ben più alti di quelli delle macchie solari. Queste temperature straordinarie sollevano una domanda fondamentale: come è possibile che una massa metallica a queste temperature sia solida, mentre, per esempio, la superficie del Sole è composta da plasma, un gas altamente ionizzato che può esistere solo a temperature estreme?

Il ruolo della pressione

La chiave per comprendere questo fenomeno risiede nella pressione enorme che il nucleo interno della Terra subisce. Mentre il nucleo esterno è liquido, il nucleo interno è solido, ma come può essere così se la temperatura è così alta? La risposta sta nel fatto che il nucleo interno è soggetto a una pressione di circa 350 gigapascal, ovvero oltre tre milioni di volte la pressione atmosferica che sperimentiamo sulla superficie. Questo enorme peso delle rocce sovrastanti, che comprendono il mantello e la crosta terrestre, è sufficiente a far sì che il ferro e gli altri metalli presenti nel nucleo diventino solidi, nonostante la temperatura estremamente alta.

Questo fenomeno è simile a quello che avviene quando l’acqua bolle a temperature molto più basse sulle montagne: mentre la pressione atmosferica diminuisce con l’altitudine, anche il punto di ebollizione dell’acqua scende. Allo stesso modo, la grande pressione che comprime il nucleo terrestre consente ai metalli di rimanere solidi, nonostante le loro temperature siano ben oltre quelle che, a pressione normale, li farebbero fondere.

Un nucleo che si sta raffreddando

Il nucleo terrestre, sebbene estremamente caldo, si sta lentamente raffreddando nel tempo. La causa di questo raffreddamento è la diminuzione degli elementi radioattivi, che nel corso di milioni di anni hanno contribuito al riscaldamento del nucleo. Questo processo di raffreddamento fa sì che il nucleo interno cresca lentamente, mentre le zone più fredde del nucleo esterno iniziano a solidificarsi.

Le oscillazioni termiche e la continua dinamica interna al nucleo portano a una costante trasformazione di materiali: mentre alcune parti del nucleo esterno si solidificano, altre si riscaldano e si fondono. Questo ciclo di solidificazione e fusione potrebbe avere impatti anche sul campo magnetico della Terra, sebbene la maggior parte di questo campo provenga dal nucleo esterno liquido.

La natura solida o liquida del nucleo interno

Ma il nucleo interno è davvero solido? La risposta a questa domanda non è così semplice, poiché la differenza tra un oggetto solido e un liquido estremamente viscoso è talvolta difficile da misurare. Le onde sismiche che attraversano il nucleo non mostrano una differenza così evidente tra un nucleo solido e uno che sia un liquido super-viscoso, tanto che alcuni scienziati hanno discusso a lungo se, in effetti, il nucleo interno sia davvero solido o meno. A supporto di questa teoria, va considerato che le vibrazioni che attraversano il nucleo non si comportano in modo così diverso tra un solido e un liquido ad altissima viscosità.

Secondo una stima, la viscosità del nucleo interno sarebbe miliardi di volte superiore a quella di una sostanza come l’intonaco. Questo significa che, anche se il materiale è liquido, si muove incredibilmente lentamente, con una dinamica che è difficile da percepire nelle condizioni terrestri. Se il nucleo interno è effettivamente un liquido vischioso, allora potrebbe esserci una sorta di convezione all’interno, che potrebbe contribuire ad amplificare il campo magnetico della Terra, ma questa convezione sarebbe molto più lenta rispetto a quella che avviene nel nucleo esterno.

L’effetto della viscosità sulle onde sismiche

La viscosità del nucleo interno potrebbe anche spiegare perché le onde sismiche impiegano più tempo a viaggiare attraverso di esso. Le onde sismiche che partono da un terremoto vicino all’equatore tendono a impiegare più tempo per attraversare il nucleo rispetto a quelle che attraversano il nucleo in direzione polare. La grande resistenza viscosa potrebbe ritardare la velocità con cui queste onde attraversano il nucleo e arrivano ai rilevatori sismici sulla superficie terrestre, creando così una sorta di “ritardo” che gli scienziati possono analizzare per capire meglio le proprietà interne del nostro pianeta.

Un mistero in continua evoluzione

La comprensione del nucleo terrestre e delle sue caratteristiche fisiche è un campo di ricerca che continua ad evolversi. Sebbene i dati che raccogliamo dalle onde sismiche e dalle simulazioni al computer siano fondamentali per comprendere il comportamento del nucleo, molti aspetti rimangono ancora avvolti nel mistero. Gli scienziati continuano a studiare le dinamiche interne della Terra, cercando di chiarire definitivamente se il nucleo interno sia davvero solido o se possieda una viscosità tale da giustificare l’ipotesi di un liquido molto denso e molto lento. Quello che è certo è che, nonostante il caldo straordinario, il nucleo terrestre rimane uno degli enigmi più affascinanti della geofisica.